矿井通风参数测定实验报告

目录

实验名称：矿井通风阻力测定 (2)

一、实验目的 (2)

二、实验内容 (3)

三、仪器设备 (3)

1、皮托管 (3)

2、各类压差计 (4)

3、空盒气压计 (6)

4、干湿球温度计 (6)

5、风表 (7)

四、实验原理方法 (7)

1、空盒气压计 (7)

2、干湿球温度计 (7)

3、点压力测定 (8)

4、平均风速测定 (10)

5、一段巷道通风阻力的测定 (11)

五、实验步骤 (12)

1. 测定矿井大气压力 (12)

2、测定矿井干湿温度 (12)

3、点压力测定步骤 (13)

4、平均风速测定步骤 (13)

5、一段巷道风阻测定步骤 (13)

六、实验结果处理 (14)

1、测算记录 (14)

2、计算空气密度 (15)

3、点压力测定结果 (15)

4、平均风速测定结果 (15)

七、实验注意事项 (16)

八、实验心得体会 (16)

实验名称：矿井通风阻力测定

一、实验目的

井巷的风阻是反映井巷通风特性的重要参数，通风阻力测定的主要内容是通过测定各种类型井巷的通风阻力和风量，以标定它们的标准风阻值和标准摩擦阻力系数值(指井下平均空气密度的对应值)，将其编集成册，作为矿井通风技术管理的基本资料。有时为了分析问题，需要沿着某一路线连续测量各区段的通风阻力，以得出整个路线上通风阻力的分配情况。上述测量内容是做好生产矿井通风技术管理工作的基础，也是掌握生产矿井通风情况的重要手段。

通风阻力测定是生产矿井通风技术管理工作的重要内容之一，通过阻力测定可以达到下列目的：

1.提供现有矿井全部巷道的摩擦风阻R以及摩擦阻力系数α；

2. 了解现有通风系统中阻力分布情况，发现通风阻力较大的区段和地点，为了使通风系统更为经济合理，为下一步提出切合实际的改进意见提供依据。

3. 为矿井扩建、延深提供有关通风设计的实际资料，使风量调节有可靠的技术依据。

4. 对整个矿井进行风流状态模拟，进而对高瓦斯矿井以风定产起到辅助决策作用。

通过本次实验的开设，可以培养学生实事求是、一丝不苟、严格、严密的科学态度，树立辩证唯物主义观。通过让学生对实验数据进行整理和分析，培养学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力。

本次实验具体目的为：

1、学习使用测定矿井通风风流状态参数的各类仪器仪表，熟悉它们的原理、结构；

2、加深在不同通风方式下，对全压、静压和速压及其相互关系的理解。

3、掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量。

二、实验内容

本次实验主要测定的矿井通风风流状态参数有：

①矿井干湿温度；

②矿井大气压力；

③矿井大气密度计算；

④点压力；

⑤平均风速；

⑥一段巷道通风阻力的测定。

三、仪器设备

1、皮托管

皮托管的构造如图，头部为半球形，后为一双层套管。测速时头部对准来流，头部中心处小孔（总压孔）感受来流总压p0，经内管传送至压力计。头部后约3～8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压p，经外套管也传至压力计。对于不可压缩流动，根据伯努利方程和能量方程可求出气流马赫数，进而再求速度。但在超声速流动中，皮托管头部出现离体激波，总压孔感受的是波后总压，来流静压也难以测准，因而皮托管不再适用。总压孔有一定面积，它所感受的是驻点附近的平均压强，略低于总压，静压孔感受的静压也有一定误差，其他如制造、安装也会有误差，故测算流速时应加一个修正系数ζ。ζ值一般在0.98～1.05范围内，在已知速度之气流中校正或经标准皮托管校正而确定。皮托管结构简单，使用方便，用途很广。

皮托管是1730年由享利·毕托 (Henri Pitot)首创，经200多年来的改进，目前已有几十种型式。皮托管因制造精度等原因产生的误差，测算流速时应加一个修正系数校正，一般在0.98～1.05范围内，刻在皮托管尾部附近。测量动压（风速）时，皮托管头部全压孔应正对风流方向，静压孔应与来流方向垂直。示值不稳定时，应读取平均值。皮托管结构简单，用途广。如飞机头部或机翼前缘常装设皮托管测量飞行速度，又称空速管。

2、各类压差计

压差计是测量相对压力或不同压力之差的仪器。按其结构可分为单管倾斜压差计和补偿式微压差计等。

（1）单管倾斜压差计

1）U形压差计的构造及原理：

由一只盛有一半高度蒸馏水且两端开口、 3~5mm内径的U型玻璃管和外标刻度尺构成。当两端接入不同压力时，则可显示出压差值。 U型压差计的高度决定了其量程范围，分辨率一般为1mmH2O。 (10Pa)

2）单管倾斜压差计的测量原理：

单管压差计大都由一个圆柱形容器1和一个可以调节其倾角且有内标刻度尺的玻璃测压管2组成。测量两点间的压差或相对压力时，将较大的压力P1 接到容器1的接管上，较小的压力P2接到测压管2上，则两点的压差为ΔP=P1-P2=(h1+h2)ρg。

3）单管倾斜压差计的操作使用：

仪器准备——注入工作液 1）首先选择符合仪器规定比重的标准工作液，如

果工作液比重与仪器规定的比重不同，则测量数据需进行比重校正。 2）将零位调整器4旋转升降至中间高度，测压管固定在弧形支架的适当位置，旋开加液盖4，缓缓注入预先配置好的密度为0.81 kg/m3的工作液，直到液面位于倾斜测压管的“0”刻度线附近，然后旋紧加液盖，再用胶皮管将多向阀门11中间的接头与倾斜测量管的上端连通。将三通阀门柄6拨在仪器的“测压”位置，用嘴轻轻从“+”端吹气，使酒精液面沿测压管缓慢上升，查看液注中有无气泡。

4）单管倾斜压差计调零：

首先调整仪器底座上的两个调平螺钉9，观察水准指示器内的气泡是否居中，使仪器处于水平。根据待测压差的大小，将倾斜测压管固定。

在弧形支架相应的位置上，然后顺时针转动三通阀门柄6到“校正”位置，使大容器和倾斜测压管分别与“+”接头和“-”接头隔断，而与大气相通。旋动零位调整旋钮5，使测压管的酒精液面对准“0”刻度线。

5）测压时操作：

用橡皮管把较大的压力接引到“＋”接管，较小的压力接引到“－”接管。逆时针转动控制阀手动杆到“测压”位置，此时，“＋”接管与大容器相通，“－”接管与测压管相通，如图所示。读取测压管上液面的示值乘以弧形支架的K值，即为所测压力。如果因为待测压力变化，需要改变测压管倾斜角度时，最好重新对零。

（2）补偿微压计

YJB-2500补偿微压计由微调部分、水准部分、反光镜部分及外壳部分组成。

补偿微压计的结构和原理：

补偿式微压计有大小两个容器2与1，下部用橡皮管9连通。容器2可随读数盘3的转动而上下移动，以调节两容器内的液面高差。当容器1 的液面和水准尖7处于同一水平时，从反射镜6中就可以看到水准尖正倒两个影像的尖端恰好相接，如图示。测压时，容器1受到较大的压力作用而液面下降，水准尖高出液面，反射镜中的水准尖正倒影像重叠。这时转动读数盘将容器2 升高，直到水准尖正倒影像又恰好相接，即容器1的液面又和水准尖7处于同一水平。容器2的垂直移动距离(从标尺和读数盘读出)，也就是两液面所受的压力差。

3、空盒气压计

空盒气压计(图1-1)是由一个波纹形金属真空盒和一套杠杆传动机构组成，(真空合内实际还有50-60毫米水银柱的压力)。

（a）外形（b）结构示意1-金属盒；2-弹簧；3-传递机构；4-指针；5-刻度盘；6-链条；7-弹簧丝；8-固定支点

图1-1 空盒气压计外形和结构示意图

4、干湿球温度计

矿井空气的湿度一般用相对湿度来表示，测定相对湿度常用手摇湿度计(图1-2)和风扇式湿度计(图1-3)两种，它们的测定原理一样，湿度计是由两支温度计组成。一支为干温度计，一支为湿温度计(在温度计的水银球面上包裹湿纱布)。

5、风表

风表的种类有很多，本实验采用叶片式风表（图1-4）测量风速。叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。按其测风范围又可分为微速（0.3~5m/s）、中速（1~10m/s）、高速（1~30m/s）风表三种。

1-叶轮；2-蜗杆轴；3-表盘；4-开关杆；5-回零杆；6-表壳

图1-4

四、实验原理方法

1、空盒气压计

当大气压变化时，真空盒面变形，变形值经杠杆传动机构放大，传动到盒面使指针发生偏转，使用前需要用固定水银气压计来校正，校正时用小螺丝刀微微调节盒侧面调节孔内的螺钉，使其指针指示值与水银气压计一致。

2、干湿球温度计

根据从温度计上分别读出的干温度t

干和时温度t

湿

查气象常用表可得到相对

湿度值ψ。

绝对湿度可用下式计算：

f=ψF

饱

式中：f—绝对湿度 g/m3

图 1-2 手摇湿度计图1-3 风扇式湿度计

ψ—相对湿度 %

F

同一温度下的饱和水蒸气量，g/m3

饱——

3、点压力测定

根据不可压缩流体的能量方程，通风管道中任意断面的风流总机械能都等于静压能、位能和动能之和（J/m3）。单位体积的流体所具有的能量等于单位面积上作用的压力，简称压力，单位为Pa(N/m2)。绝对压力和相对压力。以真空为参考基准的压力称绝对压力，以当地大气压力为参考基准的压力称相对压力。按此定义，风流中某点i的静压有绝对静压（pi）和相对静压（hi）两种；全压也有绝对全压（pt i）和相对全压（ht i）之分。

风流点压力特点及其相互关系

静压作用在各个方向，故静压无方向性。动压因风流速度而产生，而风流速度具有方向性，故动压也有方向性，其方向与风流方向一致。动压无绝对和相对之分。静压与动压之和称为全压。全压是由静压和速压共同作用产生的，故全压与速压的方向相同。

风流质点的绝对全压与绝对静压关系:

在绝对压力概念中，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示：

Pt i = pi + hv i

式中:

pt i —风流中i点的绝对全压，Pa；

pi —风流中i点的绝对静压，Pa；

hv i —风流中i点的动压，Pa。

风流质点的相对全压与相对静压关系：

相对压力与通风方式有关，风流点压力的相互关系如下：

压入式（正压）通风 ht i = hi + hv i

抽出式（负压）通风 ht i = hi – hv i

式中：

ht i —风流中i点的相对全压，Pa；

hi —风流中i点的相对静压，Pa；

hv i —风流中i点的动压，Pa。

（1）绝对压力测定

风流中某点的动压可以用皮托管和压差计来测量。皮托管的头部为半球形，后为一双层套管。测量时头部对准风流，头部中心处小孔（全压孔）感受风流全压pt，经内管传送至压差计一端。头部后约3～8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压p，经外套管传至压差计另一端。由压差计读出皮托管两端口的压力差，即为风流的动压值。

就绝对压力而言，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示：

p

= p i + h vi

ti

式中p ti——风流中i点的绝对全压，Pa；

p

——风流中i点的绝对静压，Pa；

i

h

——风流中i点的动压，Pa。

vi

（2）相对压力测定

压入式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力大于大气压力，相对静压为正；抽出式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力小于大气压力，相对静压为负。

就相对压力而言，则与通风方式有关，风流点压的相互关系如下：

抽出式通风h ti =h i + h vi（1）

压入式通风h ti =h i - h vi （2）

式中h ti——风流中i点的相对全压，Pa；

h

——风流中i点的相对静压，Pa；

i

h

——风流中i点的动压，Pa。

vi

本次实验的主要目的，就是对两公式进行验证。

不同通风方式下，风流中某点各种压力之间的相互关系如图1-5所示。

p 0

i

i

（a ）

压入式通风；（b ）抽出式通风；

图1-5 不同通风方式风流中某点各种压力间的相互关系

4、平均风速测定

风流产生的压力作用在叶片上，使叶轮转动，叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动。由于风速与叶轮转速成正比，因而也与指针的转速成正比，而且是线性关系，即：

表

真bV a V +=

式中：

真

V ——真实风速，m/s 或m/min ；

表

V ——风表读数或称为表速，m/s 或m/min （或格/秒、格/分）；

a 、

b ——风表校正系数。

p i

p ti

h vi

h h vi h i

h ti

真空 （0）

p ti

h vi p i

p 0

h ti (-)

h vi 0

h i (-)

真空 （0）

(a)

(b)

5、一段巷道通风阻力的测定

（1）通风阻力计算

①各测段巷道通风阻力计算公式为：

)

(2/2/)()(11~2

112'1'2111~+++++++-+-+---=i i i i i i i i i i i i i i Z Z g v v P P K P P K h ρρρ

式中 1~+i i h ——i ，i+1测段通风阻力，Pa ； P i P i+1——测点空气绝对静压，Pa ；

P ’i P ’i+1——分别为读取P i 和P i+1压力值时，基点校正气压计的相应测值，Pa ；

K 1 K 2——分别为井下测量用气压计与基点校正气压计的校正系数； ②总阻力计算

通风系统总阻力为测定路线各测段通风阻力的累加。 （2）自然风压测算

自然风压是在井下最低标高的巷道以上，进风与回风两列垂直空气柱的重力压强之差，用公式表示为：

...)

(...)(151615161615161532322121++-++=--------g Z g Z g Z g Z h N ρρρρ

式中 Z ——第i 与i+1个测点的高差，m ；

ρ——第i 与i+1个测点的平均空气密度，3/m kg 。 （3)风阻的计算 巷道风阻计算公式为：

式中 R i~i+1——巷道两测点之间风阻，Ns 2/m 8； h i~i+1——测定得到的巷道通风阻力，Pa ； 风量由下式计算：

s

m s v s v Q i i i i /2

/)(311+++=

式中 v i ,v i+1——巷道两测点位置风速值，m/s ； s i ,s i+1——巷道两测点位置断面积，m 2。

8

22

1~1~//m s N Q h R i i i i ?=++

巷道的标准风阻：

8

21

~1~01~//m s N R R i i i i i si ?=+++ρρ

式中 0ρ——为井下空气标准状态的密度，30/2.1m kg =ρ；

1~+i i ρ——为实测巷道的平均密度，3/m kg 。 巷道的百米风阻计算式为：

8

21~100//100m s N L

R R i si s ?=+

式中 L ——测段巷道的长度，m ； R si~i+1——巷道的标准风阻，Ns 2/m 8。 （4)摩擦阻力系数的计算算公式为：

4

23

1~/m s N LU

S R i i ?=

+α

式中 R i~i+1——巷道风阻，Ns 2/m 8； 标准巷道摩擦阻力系数计算公式：

4

21

~0/m s N i i s ??=

+ρραα

式中 αs ——巷道标准摩擦阻力系数，Ns 2/m 4；

五、实验步骤

1. 测定矿井大气压力

测定时，在测定地点将空盒气压计水平放置，并用手轻轻敲击合面数次，消除指针的蠕动现象，待20分钟左右可读数，读数值还需根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。

2、测定矿井干湿温度

用风扇式湿度计测定时，用专用钥匙将小风扇的发条上紧，风扇转动，使空气以1.7～3.0m/s 的流速经过干湿温度计的水银球面周围，待1～2分钟，两支温

度计示数稳定后即可读值计算。

3、点压力测定步骤

1）只将皮托管（—）与压差计连接，测定i点的相对静压；

2）同时将皮托管的（+）、（—）接头连至压差计上，测定i点的相对动压；

3）只将皮托管（+）与压差计连接，测定i点的相对全压。

具体接法如图1-5所示。

4、平均风速测定步骤

1）测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用；

2）为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转20~30s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直；

3）开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动；

4）按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速。

风量计算：

Q=V均×S

式中：S——管道断面积，米2。

5、一段巷道风阻测定步骤

（1）测定段选择

根据矿井巷道的类型，支护形式，断面大小，选取无分支的大于100m的直线段巷道，两点压差不小于10Pa，在该区段内风流稳定、无杂物；类型、支护、断面等应无变化。

（2）测定方法

1）风压测量

在选定好的巷道两端设1、2两个测点，巷道断面中央正对风流分别设置皮托

管。在两测点间之外，距1(或2)点不小于10m处、靠近巷道的一侧设置压差计一台，应安设平稳，调零或记下初读数。

胶管要防止折叠和被水、污物等堵塞，待胶管内的空气温度等于巷道内的空气温度后，将两个胶管接在压差计上，待压差计液面稳定后读数。若压差计液面稍有波动时，每隔10min读数1次，共测三次，取其平均值。

2）风速测量

用风速表测量1、2两测点断面的风速，连续测量三次，取其平均值。

3）大气物理参数测量

用空盒气压计测量1、2两测点的大气压力；用通风干湿温度计测量1、2两测点的空气的干球温度和湿球温度，待稳定后，每10min各测一次，取其平均值。

4）巷道断面和周长参数测量

按巷道断面形状、用钢卷尺测量1、2两测点的断面和周长参数。

5）测点间距测量

用钢卷尺测量两测点间距离。

六、实验结果处理

1、测算记录

表1-1 干湿温度测定记录表

测定次数

干球温度

（℃）

湿球温度

（℃）

相对湿度备注18 17.4

表1-2 大气压力测定记录表

空大气压力（mmHg）

气盒气压计 读 数 刻度订正值 温度订正值 补充订正值 实际气压

2、计算空气密度

精确计算公式：

t

P P b +-=

15.273)

379.0(003484.0?ρ

式中：ρ—空气密度，Kg/m 3

P —测点空气的绝对静压，Pa ； t —测点处空气的干温度，℃；

?—t 、t w （湿温度）时空气的相对湿度，%；

P b —空气在t 温度下的饱和水蒸气压力，Pa 。

3、点压力测定结果

表1-3 点压力测定

通风方式 压入式 抽出式 h 静（Pa ） h 速（Pa ） h 全（Pa ）

4、平均风速测定结果

表1-4 风速测定

表速(m/min)

风速

V 1

V

2

V

3

V

均

V

表

(m/s)

V

真

(m/s)

七、实验注意事项

1、井下用空盒气压计测大气压时，应使合面平行于风流方向以消除速压影响。

2、用湿度计测定空气的相对湿度时，读数时应首先读湿温度计的示值，然后再读干温度计的示值。

3、风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准；

4、风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差；

5、按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差；

6、有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测；

7、同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。

八、实验心得体会

经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。

这次的实验跟我们以前做的实验不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是我觉得这次实验最宝贵，最深刻的。就是实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。

我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识

相关的，必须回顾课本的知识，知道实验时将要测量什么实验量，写报告时怎么处理这些物理量。

在实验过程中，我们应该尽量减少操作的盲目性提高实验效率的保证，有的人一开始就赶着做，结果却越做越忙，主要就是这个原因。我也曾经犯过这样的错误。

我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。

在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式中，自己要学会思考。

做这次的实验，我们学生自己的能力得到了充分的发挥，跟以往那些充满条条框框的实验是不同的。

最后，通过这次的测试技术实验我不但对理论知识有了更加深的理解，对于实际的操作和也有了质的飞跃。经过这次的实验，我们整体对各个方面都得到了不少的提高，希望以后学校和系里能够开设更多类似的实验，能够让我们得到更好的锻炼。